Combined loss of the BH3-only proteins Bim and Bmf restores B-cell development and function in TACI-Ig transgenic mice.

Terminal differentiation of B cells depends on two interconnected survival pathways, elicited by the B-cell receptor (BCR) and the BAFF receptor (BAFF-R), respectively. Loss of either signaling pathway arrests B-cell development. Although BCR-dependent survival depends mainly on the activation of the v-AKT murine thymoma viral oncogene homolog 1 (AKT)/PI3-kinase network, BAFF/BAFF-R-mediated survival engages non-canonical NF-κB signaling as well as MAPK/extracellular-signal regulated kinase and AKT/PI3-kinase modules to allow proper B-cell development. Plasma cell survival, however, is independent of BAFF-R and regulated by APRIL that signals NF-κB activation via alternative receptors, that is, transmembrane activator and CAML interactor (TACI) or B-cell maturation (BCMA). All these complex signaling events are believed to secure survival by increased expression of anti-apoptotic B-cell lymphoma 2 (Bcl2) family proteins in developing and mature B cells. Curiously, how lack of BAFF- or APRIL-mediated signaling triggers B-cell apoptosis remains largely unexplored. Here, we show that two pro-apoptotic members of the 'Bcl2 homology domain 3-only' subgroup of the Bcl2 family, Bcl2 interacting mediator of cell death (Bim) and Bcl2 modifying factor (Bmf), mediate apoptosis in the context of TACI-Ig overexpression that effectively neutralizes BAFF as well as APRIL. Surprisingly, although Bcl2 overexpression triggers B-cell hyperplasia exceeding the one observed in Bim(-/-)Bmf(-/-) mice, Bcl2 transgenic B cells remain susceptible to the effects of TACI-Ig expression in vivo, leading to ameliorated pathology in Vav-Bcl2 transgenic mice. Together, our findings shed new light on the molecular machinery restricting B-cell survival during development, normal homeostasis and under pathological conditions. Our data further suggest that Bcl2 antagonists might improve the potency of BAFF/APRIL-depletion strategies in B-cell-driven pathologies.

Novel Roles of HCG/LH Signalling in the Mouse Mammary Gland and its Tumorigenesis.

Breast cancer is the most common cancer in women, and its development is intimately related to hormonal factors, but how hormones affect breast physiology and tumorigenesis is not sufficiently known. Pregnancy elicits long-term protection from breast cancer, but during the first ten years after pregnancy, breast cancer risk is increased. In previous studies, there has been conflicting data on the role of human chorionic gonadotropin (HCG) and the functionality of its receptor in extragonadal tissues. The aim of this study was to elucidate the role of chronically elevated HCG in mouse physiology. We have created a transgenic (TG) mouse model that overexpresses HCG. HCG is similar to lutenizing hormone (LH), but is secreted almost solely by the placenta during pregnancy. HCG and LH both bind to the LH receptor (LHR). In the current study, mammary gland tumors were observed in HCG TG mice. We elucidated the role of HCG in mammary gland signalling and the effects of LHR mediated signalling in mouse mammary gland gene expression. We also studied the effects of HCG in human breast epithelial cell cultures. Several endocrine disturbances were observed in HCGβ TG female mice, resulting in precocious puberty, infertility, obesity and pituitary and mammary gland tumors. The histology of the mammary gland tumors of HCGβ TG females resembled those observed in mouse models with activated Wnt/β-catenin signalling pathway. Wnts are involved in stem cell regulation and tumorigenesis, and are hormonally regulated in the mammary gland. We observed activated β-catenin signalling and elevated expression of Wnt5b and Wnt7b in TG tumors and mammary glands. Furthermore, we discovered that HCG directly regulates the expression of Wnt5b and Wnt7b in the mouse mammary gland. Pharmacological treatment with HCG also caused upregulation of several Wnt-pathway target genes in ovariectomized wild type (WT) mice in the presence of physiological concentrations of estradiol and progesterone. In addition, differential expression of several metabolic genes was observed, suggesting that HCG affects adipocyte function or glucose metabolism. When WT mice were transplanted with LHR deficient or wild type WT mammary epithelium, differential expression of several genes affecting the Wnt-signalling pathway was observed in microarray analysis. Diminished expression of several genes associated with LHR function in other tissues, such as the ovary, was observed in mammary glands deficient of epithelial LHR. In cultured human mammary epithelial cells HCG upregulated the expression of WNT5B, WNT7B similar to mouse, suggesting that the observations found are relevant in human physiology. These studies suggest that HCG/LHR signalling affects gene expression in non-gonadal tissues, and that Wnt-signalling is regulated by HCG/LH in human and mouse mammary glands.

Caractérisation de l’implication de β-caténine dans les tumeurs surrénaliennes

Les lésions surrénaliennes surviennent dans la population générale à une fréquence d’environ 2-3%. Parmi les anomalies génétiques identifiées jusqu’à présent dans les tumeurs surrénaliennes, les mutations somatiques de β-caténine sont les plus prévalentes. Elles sont présentes dans environ 20% des adénomes et carcinomes cortico-surrénaliens. β-caténine est l’élément central de la voie canonique de WNT qui joue un rôle crucial dans le développement embryonnaire, l’homéostase et la tumourigenèse. Les mutations activatrices de β-caténine conduisent à l’accumulation nucléaire de β- caténine qui interagit avec les TCF/LEF-1 qui active la transcription des gènes cibles. Les gènes cibles de β-caténine, varient et dépendent du contexte cellulaire. Dans la glande surrénale, les gènes cibles de β-caténine sont inconnus. Nous avons effectué des études de microarray qui nous ont permis d’identifier 490 transcrits dérégulés dans les adénomes corticosurrénaliens porteurs de mutations ponctuelles de β-caténine. L’expression aberrante d’ISM1, RALBP1, PDE2A, CDH12, ENC1, PHYHIP et CITED2 dans les adénomes porteurs de mutations de β-caténine a été confirmée par PCR en temps réel. Le traitement des cellules humaines de carcinome cortico-surrénalien H295R (mutation de CTNNB1, Ser45Prol) avec les inhibiteurs de β-caténine/TCF (PKF115-584 et PNU74654) ont confirmé l'implication de β-caténine dans la régulation transcriptionelle d’ISM1, RALBP1, PDE2A, ENC1 et CITED2. En conclusion, nos travaux ont conduit à l’identification de nouveaux gènes cibles de β-catenin impliqués dans la tumourigenèse cortico-surrénalienne.

Caractérisation clinique et moléculaire de nouvelles translocations chromosomiques ciblant le gène RUNX1 dans les leucémies aiguës de l’adulte

La leucémie aiguë myéloïde est une hémopathie maligne génétiquement hétérogène caractérisée par de fréquents réarrangements impliquant la bande chromosomique 21q22 et le gène RUNX1. Dans ce groupe d’anomalies, les translocations t(8;21)(q22;q22) et t(3;21)(q26;q22), associées respectivement à un pronostic favorable et défavorable, sont les mieux étudiées. Or, plus de la moitié des réarrangements ciblant RUNX1 ne sont toujours pas caractérisés au niveau clinique et moléculaire. Les principaux objectifs de cette thèse sont de caractériser quatre nouvelles translocations ciblant RUNX1 et d’étudier la dérégulation transcriptionnelle associée à ces anomalies au niveau de cibles plus spécifiques ayant un rôle dans l’auto-renouvellement ou dans la différenciation hématopoïétique. À l’aide des techniques de cytogénétique et de biologie moléculaire, deux nouveaux partenaires de RUNX1, soit CLCA2 et SV2B, ont été identifiés au sein des t(1;21)(p22.3;q22) et t(15;21)(q26.1;q22) et la récurrence des partenaires USP42 et TRPS1 a été démontrée suite à l’étude des t(7;21)(p22.1;q22) et t(8;21)(q23.3;q22). Ce travail a permis de confirmer l’existence de divers modes de dérégulation de RUNX1 dans les leucémies aiguës. L’expression présumée de protéines chimériques et/ou d’isoformes tronquées de RUNX1, un dosage aberrant des transcrits de RUNX1 et la surexpression des gènes partenaires sont des conséquences révélées par l’étude de ces fusions. Le séquençage et l’analyse des jonctions génomiques des fusions récurrentes RUNX1-USP42/USP42-RUNX1 et RUNX1-TRPS1/TRPS1-RUNX1 ont démontré la présence de signatures moléculaires caractéristiques du mode de recombinaison non-homologue de type NHEJ. En raison de la structure et de la composition différente des jonctions, l’implication de composantes distinctes du mécanisme NHEJ a été proposée. Enfin, des analyses par PCR quantitative en temps réel nous ont permis de démontrer l’existence de cibles de dérégulation partagées par les fusions récurrentes et plus rares de RUNX1. Nous avons démontré que CEBPA est moins exprimé dans la majorité des spécimens étudiés présentant une fusion de RUNX1 par rapport aux spécimens avec un caryotype normal alors que JUP, une composante effectrice de la voie Wnt, est plutôt surexprimé. Malgré l’activation transcriptionnelle de JUP dans l’ensemble de ces spécimens, certaines cibles de la voie Wnt telles que CCND1 et MYC sont différemment exprimées dans ces cellules, appuyant l’hétérogénéité décrite dans ce groupe de leucémies. Malgré l’implication de partenaires variés, nos données d’expression démontrent que les chimères et les protéines tronquées de RUNX1 partagent des cibles communes d’activation et de répression transcriptionnelle et établissent, pour la première fois, des évidences moléculaires suggérant l’existence de similitudes entre la fusion récurrente RUNX1-RUNX1T1 et quatre fusions plus rares de RUNX1. Puisque des rechutes surviennent fréquemment dans ce groupe génétique, l’inhibition de JUP pourrait être une option thérapeutique intéressante et ceci est appuyé par les bénéfices observés lors de l’inhibition de la voie Wnt dans d’autres groupes génétiques de leucémies aiguës.

Prevention of Cardiometabolic Disease in Familial Hypercholesterolemia

L’hypercholestérolémie familiale (FH) est un désordre lipidique associé aux maladies cardiovasculaires les plus fréquentes. La FH est causée par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Toutefois, chez 20% des patients souffrant de FH, aucune mutation dans ces gènes n'a été détectée et ceci suggère que d’autres gènes seraient à l’origine de la FH. Actuellement, le seul traitement de la FH est une thérapie aux statines. En général les statines sont bien tolérées, cependant, une monothérapie ne permet pas d’atteindre des niveaux thérapeutiques acceptables et dans bien des cas, une thérapie combinée devient nécessaire. De plus, l’intolérance aux statines est présente dans environ 12% des patients. Dans les trois dernières décennies, la survie des patients avec la FH a augmentée de façon notoire mais on observe aussi l’apparition d’une calcification vasculaire sévère chez certains d’entre eux. Il est donc primordial de développer des nouvelles approches thérapeutiques afin de prévenir ces complications tardives. Dans cette thèse doctorat, nous présentons l’étude d’une famille avec un phénotype de FH sévère non causé par des mutations dans les gènes LDLR, APOB et PCSK9. Par des études biochimiques et par séquençage d’ADN utilisant les technologies de nouvelle génération (NextGenSeq), nous avons découvert une mutation dans le gène de l’APOE (Leu167del). Ceci nous permet de proposer le gène codant pour l’APOE comme le 4e locus responsable de la FH (FH4). Par la suite, nous avons effectué deux études de cohortes chez les patients atteints de FH. Premièrement, dans l’étude JUPITER, nous avons démontré que la rosuvastatin augmente les niveaux sanguins de la protéine PCSK9 et ceci limiterait l’efficacité du traitement aux statines. Nous avons aussi étudié l’influence du mutant naturel R46L (perte de fonction de la PCSK9) dans la réponse aux statines. Deuxièmement, nous avons examiné les effets de la perte de fonction de la PCSK9 sur le profil cardiométabolique au sein d’une population pédiatrique. Nous avons déterminé que le génotype de l’APOE est déterminant dans ce profil cardiométabolique. Enfin, nous avons étudié la calcification vasculaire chez les patients atteints de FH. Cette calcification vasculaire progresse de façon indépendante des niveaux de cholestérol sérique et n’est pas associée aux anomalies de l’homéostasie du calcium. En utilisant des modèles murins, nous avons démontré que les souris Ldlr-/- et Tg(Pcsk9) développent des calcifications vasculaires semblables à celles observées chez l’homme. De plus, nous avons confirmé l’implication de la voie de signalisation LRP5/Wnt dans la pathophysiologie de la calcification artérielle. Avec une étude interventionnelle, nous avons trouvé que l’inhibition de l’interleukine 1β (IL-1β) diminue fortement l’apparition de calcifications vasculaire dans notre modèle murin. En conclusion, nos études ont permis l’identification d’un nouveau gène impliqué dans la FH, ont démontré aussi que les statines augmentent les niveaux sériques de PCSK9 et que la perte de fonction de la PCSK9 altère le profil cardiométabolique. Enfin, nous avons établi que la calcification vasculaire représente une complication tardive chez les patients atteints de FH et que, dans notre modèle murin, la calcification vasculaire peut être retardée par l’inhibition d’IL-1β. Ces découvertes peuvent avoir d’importantes répercussions cliniques chez l’humain.

Voies de signalisation non-canoniques du récepteur V2 de la vasopressine

Le récepteur V2 (V2R) de la vasopressine est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), jouant un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie hydrosodique. À l’instar de nombreux RCPGs, il est capable d’interagir avec plusieurs types de protéines G hétérotrimériques et possède des voies de signalisation peu explorées aux mécanismes mal compris. Ces voies non canoniques font l’objet des travaux exposés dans ce mémoire. Il s’agit d’explorer les caractéristiques et mécanismes de la signalisation de V2R via G12, et de la voie d’activation d’ERK 1/2 par transactivation du récepteur de l’insulin-like growth factor 1, IGF1R. Par des études de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), nous exposons la capacité de V2R à interagir avec la sous-unité Gα12 ainsi que la modulation de la conformation de l’hétérotrimère G12 par l’agoniste de V2R, l’arginine-vasopressine. Ces travaux dévoilent également la modulation de l’interaction entre Gα12 et son effecteur classique RhoA, suggérant un engagement de RhoA, ainsi que la potentialisation via Gα12 de la production d’AMP cyclique. À l’aide de diverses méthodes d’inhibition sélective, nos résultats précisent les mécanismes de la transactivation. Ils supportent notamment le rôle initiateur de l’activation de Src par V2R et l’absence d’implication des ligands connus d’IGF1R dans la transactivation. La métalloprotéase MMP 3 apparaît par ailleurs comme un bon candidat pour réguler la transactivation. Ce projet met en lumière des modes de signalisation peu explorés de V2R, dont l’implication physiologique et physiopathologique pourrait s’avérer significative, au-delà d’un apport fondamental dans la compréhension de la signalisation des RCPGs.

Molecular determinants of congenital hypothyroidism due to thyroid dysgenesis

L’hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT) est la condition endocrinienne néonatale la plus fréquemment rencontrée, avec une incidence d’un cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT comprend toutes les anomalies du développement de la thyroïde. Parmi ces anomalies, le diagnostic le plus fréquent est l’ectopie thyroïdienne (~ 50% des cas). L’HCDT est fréquemment associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdisme) pouvant conduire à un retard mental sévère si non traitée. Le programme de dépistage néonatal assure un diagnostic et un traitement précoce par hormones thyroïdiennes. Cependant, même avec un traitement précoce (en moyenne à 9 jours de vie), un retard de développement est toujours observé, surtout dans les cas les plus sévères (c.-à-d., perte de 10 points de QI). Bien que des cas familiaux soient rapportés (2% des cas), l’HCTD est essentiellement considérée comme une entité sporadique. De plus, plus de 92% des jumeaux monozygotiques sont discordants pour les dysgénésies thyroïdiennes et une prédominance féminine est rapportée (spécialement dans le cas d’ectopies thyroïdiennes), ces deux observations étant clairement incompatible avec un mode de transmission héréditaire mendélien. Il est donc cohérent de constater que des mutations germinales dans les facteurs de transcription thyroïdiens connus (NKX2.1, PAX8, FOXE1, and NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des cas sporadiques testés et furent, de plus, exclues lors d’analyse d’association dans certaines familles multiplex. Collectivement, ces données suggèrent que des mécanismes non mendéliens sont à l’origine de la majorité des cas de dysgénésie thyroïdienne. Parmi ces mécanismes, nous devons considérer des modifications épigénétiques, des mutations somatiques précoces (au stade du bourgeon thyroïdien lors des premiers stades de l’embryogenèse) ou des défauts développementaux stochastiques (c.-à-d., accumulation aléatoire de mutations germinales ou somatiques). Voilà pourquoi nous proposons un modèle «2 hits » combinant des mutations (épi)génétiques germinales et somatiques; ce modèle étant compatible avec le manque de transmission familial observé dans la majorité des cas d’HCDT. Dans cette thèse, nous avons déterminé si des variations somatiques (épi)génétiques sont associées à l’HCTD via une approche génomique et une approche gène candidat. Notre approche génomique a révélé que les thyroïdes ectopiques ont un profil d’expression différent des thyroïdes eutopiques (contrôles) et que ce profil d’expression est enrichi en gènes de la voie de signalisation Wnt. La voie des Wnt est cruciale pour la migration cellulaire et pour le développement de plusieurs organes dérivés de l’endoderme (p.ex. le pancréas). De plus, le rôle de la voie des Wnt dans la morphogénèse thyroïdienne est supporté par de récentes études sur le poisson-zèbre qui montrent des anomalies du développement thyroïdien lors de la perturbation de la voie des Wnt durant différentes étapes de l’organogénèse. Par conséquent, l’implication de la voie des Wnt dans l’étiologie de la dysgénésie thyroïdienne est biologiquement plausible. Une trouvaille inattendue de notre approche génomique fut de constater que la calcitonine était exprimée autant dans les thyroïdes ectopiques que dans les thyroïdes eutopiques (contrôles). Cette trouvaille remet en doute un dogme de l’embryologie de la thyroïde voulant que les cellules sécrétant la calcitonine (cellules C) proviennent exclusivement d’une structure extrathyroïdienne (les corps ultimobranchiaux) fusionnant seulement avec la thyroïde en fin de développement, lorsque la thyroïde a atteint son emplacement anatomique définitif. Notre approche gène candidat ne démontra aucune différence épigénétique (c.-à-d. de profil de méthylation) entre thyroïdes ectopiques et eutopiques, mais elle révéla la présence d’une région différentiellement méthylée (RDM) entre thyroïdes et leucocytes dans le promoteur de FOXE1. Le rôle crucial de FOXE1 dans la migration thyroïdienne lors du développement est connu et démontré dans le modèle murin. Nous avons démontré in vivo et in vitro que le statut de méthylation de cette RDM est corrélé avec l’expression de FOXE1 dans les tissus non tumoraux (c.-à-d., thyroïdes et leucocytes). Fort de ces résultats et sachant que les RDMs sont de potentiels points chauds de variations (épi)génétiques, nous avons lancé une étude cas-contrôles afin de déterminer si des variants génétiques rares localisés dans cette RDM sont associés à la dysgénésie thyroïdienne. Tous ces résultats générés lors de mes études doctorales ont dévoilé de nouveaux mécanismes pouvant expliquer la pathogenèse de la dysgénésie thyroïdienne, condition dont l’étiologie reste toujours une énigme. Ces résultats ouvrent aussi plusieurs champs de recherche prometteurs et vont aider à mieux comprendre tant les causes des dysgénésies thyroïdiennes que le développement embryonnaire normal de la thyroïde chez l’homme.

Characterization of the role of Drosophila JAK/STAT signalling in cellular proliferation

Der Janus Kinase / signal transducer and activator of transcription (JAK/STAT) Signal- transduktionsweg wird für viele Entwicklungsvorgänge benötigt und spielt eine zentrale Rolle bei der Hämatopoese und bei der Immunantwort. Obwohl der JAK/STAT-Signalweg in den vergangenen Jahren Gegenstand intensiver Forschung war, erschwert die Redundanz des Signalwegs bei Wirbeltieren genetische Untersuchungen zur Identifizierung derjenigen Mechanismen, die den JAK/STAT-Signalweg regulieren. Der JAK/STAT-Signaltransduktionsweg ist evolutionär konserviert und ebenfalls bei der Taufliege Drosophila melanogaster vorhanden. Im Gegensatz zu Wirbeltieren ist der Signaltransduktionsweg von Drosophila weniger redundant und beinhaltet folgende Hauptkomponenten: den Liganden Unpaired (Upd), den Transmembranrezeptor Domeless (Dome), die einzige JAK-Tyrosinkinase Hopscotch (hop), sowie den Transkriptionsfaktor STAT92E. In der vorliegenden Arbeit wird die Rolle des JAK/STAT-Signalwegs bei der zellulären Proliferation mithilfe der Modellsysteme der Flügel- und der Augen-Imaginalscheiben von Drosophila charakterisiert. "Loss-of-function"- und "Gain-of-function"-Experimente zur Verminderung beziehungs-weise Erhöhung der Signalaktivität zeigten, dass der JAK/STAT-Signalweg eine Rolle bei der zellulären Proliferation der Flügel-Imaginalscheiben spielte, ohne die Zellgröße oder Apoptose zu verändern. Bei der Flügelentwicklung während des zweiten und des frühen dritten Larvalstadiums war die Aktivität des JAK/STAT-Signalwegs sowohl notwendig für die zelluläre Proliferation als auch hinreichend, um Überproliferation anzutreiben. Allerdings änderte sich während der späten dritten Larvalstadien die JAK/STAT-Signalaktivität, sodass endogene STAT92E-Mengen einen anti-proliferativen Effekt im gleichen Gewebe aufwiesen. Weiterhin reichte die ektopische Aktivierung des JAK/STAT-Signalwegs zu diesem späten Entwicklungszeitpunkt aus, um die Mitose zu inhibieren und die Zellen in der Phase G2 des Zellzyklus zu arretieren. Diese Ergebnisse legen den Schluss nahe, dass der JAK/STAT-Signalweg sowohl pro-proliferativ in frühen Flügelscheiben als auch anti-proliferativ zu späten Stadien der Flügelscheiben-Entwicklung wirken kann. Dieser späte anti-proliferative Effekt wurde durch einen nicht-kanonischen Mechanismus der STAT92E-Aktivierung vermittelt, da späte hop defiziente Zellverbände im Vergleich zu Wildtyp-Zellen keine Veränderungen im Ausmaß der zellulären Proliferation aufwiesen. Ferner konnte gezeigt werden, dass eine während der Larvalstadien exprimierte dominant-negative und im N-Terminus deletierte Form von STAT92E (?NSTAT92E) nicht für den anti-proliferativen Effekt verantwortlich ist. Diese Tatsache ist ein weiteres Indiz dafür, dass das vollständige STAT92E den späten anti-proliferativen Effekt verursacht. Um Modulatoren für die von JAK/STAT vermittelte zelluläre Proliferation zu identifieren, wurde ein P-Element-basierter genetischer Interaktions-Screen in einem sensibilisierten genetischen Hintergrund durchgeführt. Insgesamt wurden dazu 2267 unabhängige P-Element-Insertionen auf ihre Wechselwirkung mit der JAK/STAT-Signalaktivität untersucht und 24 interagierende Loci identifiziert. Diese Kandidaten können in folgende Gruppen eingeordnet werden: Zellzyklusproteine, Transkriptionsfaktoren, DNA und RNA bindende Proteine, ein Mikro-RNA-Gen, Komponenten anderer Signaltransduktionswege und Zelladhäsionsproteine. In den meisten Fällen wurden mehrere Allele der interagierenden Kandidatengene getestet. 18 Kandidatengene mit übereinstimmend interagierenden Allelen wurden dann zur weiteren Analyse ausgewählt. Von diesen 18 Kandidaten-Loci wurden 7 mögliche JAK/STAT-Signalwegskomponenten und 6 neue Zielgene des Signalwegs gefunden. Zusammenfassend wurde das Verständnis um STAT92E verbessert. Dieses Protein hat die gleiche Funktion wie das STAT3-Protein der Wirbeltiere und treibt die zelluläre Proliferation voran. Analog zu STAT1 hat STAT92E aber auch einen anti-proliferativen Effekt. Ferner wurden 24 mögliche Modulatoren der JAK/STAT-Signalaktivität identifiziert. Die Charakterisierung dieser Wechselwirkungen eröffnet vielversprechende Wege zu dem Verständnis, wie JAK/STAT die zelluläre Proliferation reguliert und könnte bei der Entwicklung von neuartigen therapeutischen Targets zur Behandlung von Krebskrankheiten und Entwicklungsstörungen beitragen.

Respuesta de las células HeLa y EA.hy926 al estrés por hipoxia y radiación ionizante a través de la vía JAK/STAT y la supervivencia celular

El comportamiento biológico de las células cancerosas es influenciado por el microambiente en el que se desarrollan y en este, factores como la angiogénesis o el estímulo de agentes estresores como la hipoxia, se han considerado críticos para su evolución y manejo terapéutico. Uno de los mecanismos moleculares implicados en la respuesta celular frente a estímulos estresores es la activación de vías de señalización intracelulares; en este estudio, se evaluó el estado de la vía JAK/STAT y en ella la expresión/activación de la proteína STAT3 en la línea tumoral (HeLa) y endotelial (EA.hy926), sometidas a hipoxia física y química con mesilato de deferoxamina durante 2, 6 y 24 horas. Adicionalmente, al considerar la importancia de la hipoxia como un agente modificador de la respuesta en el manejo del cáncer utilizando radiaciones ionizantes, se construyeron curvas de supervivencia celular que permitieron evaluar el comportamiento celular frente a estos estímulos. El presente estudio resalta la importancia de la hipoxia como un estímulo que modifica la activación de la proteína STAT3 y la supervivencia de células irradiadas en las dos líneas estudiadas.

Attivazione del sistema Wnt in linee cellulari di medulloblastoma umano: valutazione della risposta biologica e della risposta alle radiazioni ionizzanti

Medulloblastoma (MB) is a paediatric malignant brain tumour, sensitive to ionizing radiations (IR). However radiotherapy has detrimental effects on long-term survivors and the tumour is incurable in a third of patients, due to intrinsic radioresistance. Alterations of the Wnt pathway distinguish a molecular subgroup of MBs and nuclear beta-catenin, indicative of activated Wnt, is associated with good outcome in MB. Therefore there are increasing evidences about Wnt involvement in radio-response: IR induce activation of Wnt signalling with nuclear translocation of beta-catenin in MB cell lines. We studied effects of Wnt pathway activation in a MB cell line with p53 wild-type: UW228-1. Cells were stably transfected with a beta-catenin constitutively active and assessed for growth curves, mortality rate, invasiveness and differentiation. Firstly, activation of Wnt pathway by itself induced a slower cell growth and a higher mortality. After IR treatment, nuclear beta-catenin further inhibited cell growth, increasing mortality. Cell invasiveness was strongly inhibited by Wnt activation. Furthermore, Wnt cell population was characterized by club shaped cells with long cytoplasmic extensions containing neurofilaments, suggesting a neural differentiation of this cell line. These findings suggest that nuclear beta-catenin may leads to a less aggressive phenotype and increases radio-sensitivity in MB, accounting for its favourable prognostic value. In the future, Wnt/beta-catenin signalling will be considered as a molecular therapeutic target to develop new drugs for the treatment of MB.

Effetti dell'inibizione di Tanchirasi in linee cellulari di Medulloblastoma umano

Tanchirasi (TNKS) è un membro della superfamiglia delle PARP (Poli ADP-Ribosio Polimerasi). TNKS è coinvolta nella stabilizzazione della subunità catalitca del complesso proteico DNA-PK (protein chinasi DNA-dipendente), la DNA-PKcs. Questa proteina è fondamentale per il corretto funzionamento del meccanismo di riparo del DNA chiamato "Saldatura Non Omologa delle Estremità" (NHEJ). La deplezione di TNKS induce una degradazione della DNA-PKcs e una maggiore sensibilità alle radiazioni ionizzanti (RI). TNKS è inoltre un regolatore negativo di axina e di conseguenza un attivatore del pathway di WNT; l'inibizione quindi di TNKS induce anche una inibizione del pathway di WNT. Alterazioni in questo signalling si riscontrano frequentemente nel Medulloblastoma (MB), il tumore cerebrale embrionale più comune dell'infanzia. La radioterapia post-operatoria risulta essere molto efficacia in questa neoplasia, ma causa gravi effetti collaterali e un terzo dei pazienti presenta radioresistenza intrinseca. Un'importante sfida per la ricerca è quindi l'aumento della radiosensibilità tumorale. In questo lavoro, abbiamo studiato gli effetti dell'inibizione farmacologica di TNKS in linee cellulari di MB umano, mediante la small molecule XAV939, potente e specifico inibitore di TNKS. Il trattamento con XAV939 induce una consistente inibizione della capacità proliferativa e clonogenica, non correlata ad un aumento della mortalità cellulare, indicando una bassa tossicità legata alla molecola. Il co-trattamento di XAV939 e RI (γ-ray, dose 2 Gy) causa una ulteriore inibizione della proliferazione cellulare e della capacità di formare colonie. Abbiamo inoltre constatato, mediante Neutral Comet Assay, una minore efficacia nel riparo del DNA in cellule irradiate trattate con XAV939, indicando un effettivo aumento della radiosensibilità in cellule di MB trattate con l'inibitore di TNKS. L'aumentata mortalità cellulare in cellule tumorali trattate con XAV939 e RI ha confermato la nostra ipotesi. Il nostro studio in vitro indica come TNKS possa essere un utile target terapeutico per rendere più efficace l'attuale terapia contro il MB.

CD27 signaling on chronic myelogenous leukemia stem cells activates Wnt target genes and promotes disease progression

Chronic myelogenous leukemia (CML) results from a chromosomal translocation in hematopoietic stem or early progenitor cells that gives rise to the oncogenic BCR/ABL fusion protein. Clinically, CML has a chronic phase that eventually evolves into an accelerated stage and blast crisis. A CML-specific immune response is thought to contribute to the control of disease. Whether the immune system can also promote disease progression is not known. In the present study, we investigated the possibility that the TNF receptor family member CD27 is present on leukemia stem cells (LSCs) and mediates effects of the immune system on CML. In a mouse model of CML, BCR/ABL+ LSCs and leukemia progenitor cells were found to express CD27. Binding of CD27 by its ligand, CD70, increased expression of Wnt target genes in LSCs by enhancing nuclear localization of active β-catenin and TRAF2- and NCK-interacting kinase (TNIK). This resulted in increased proliferation and differentiation of LSCs. Blocking CD27 signaling in LSCs delayed disease progression and prolonged survival. Furthermore, CD27 was expressed on CML stem/progenitor cells in the bone marrow of CML patients, and CD27 signaling promoted growth of BCR/ABL+ human leukemia cells by activating the Wnt pathway. Since expression of CD70 is limited to activated lymphocytes and dendritic cells, our results reveal a mechanism by which adaptive immunity contributes to leukemia progression. In addition, targeting CD27 on LSCs may represent an attractive therapeutic approach to blocking the Wnt/β-catenin pathway in CML.

Regulation of endothelial cell cytoskeletal reorganization by a secreted frizzled-related protein-1 and frizzled 4- and frizzled 7-dependent pathway: role in neovessel formation

Consistent with findings of Wnt pathway members involved in vascular cells, a role for Wnt/Frizzled signaling has recently emerged in vascular cell development. Among the few Wnt family members implicated in vessel formation in adult, Wnt7b and Frizzled 4 have been shown as involved in vessel formation in the lung and in the retina, respectively. Our previous work has shown a role for secreted Frizzled-related protein-1 (sFRP-1), a proposed Wnt signaling inhibitor, in neovascularization after an ischemic event and demonstrated its role as a potent angiogenic factor. However the mechanisms involved have not been investigated. Here, we show that sFRP-1 treatment increases endothelial cell spreading on extracellular matrix as revealed by actin stress fiber reorganization in an integrin-dependent manner. We demonstrate that sFRP-1 can interact with Wnt receptors Frizzled 4 and 7 on endothelial cells to transduce downstream to cellular machineries requiring Rac-1 activity in cooperation with GSK-3beta. sFRP-1 overexpression in endothelium specifically reversed the inactivation of GSK-3 beta and increased neovascularization in ischemia-induced angiogenesis in mouse hindlimb. This study illustrates a regulated pathway by sFRP-1 involving GSK-3beta and Rac-1 in endothelial cell cytoskeletal reorganization and in neovessel formation.

DOUBLE-STRAND BREAK REPAIR PATHWAYS IN DNA STRUCTURE-INDUCED GENETIC INSTABILITY

Genetic instability in mammalian cells can occur by many different mechanisms. In the absence of exogenous sources of DNA damage, the DNA structure itself has been implicated in genetic instability. When the canonical B-DNA helix is naturally altered to form a non-canonical DNA structure such as a Z-DNA or H-DNA, this can lead to genetic instability in the form of DNA double-strand breaks (DSBs) (1, 2). Our laboratory found that the stability of these non-B DNA structures was different in mammals versus Escherichia coli (E.coli) bacteria (1, 2). One explanation for the difference between these species may be a result of how DSBs are repaired within each species. Non-homologous end-joining (NHEJ) is primed to repair DSBs in mammalian cells, while bacteria that lack NHEJ (such as E.coli), utilize homologous recombination (HR) to repair DSBs. To investigate the role of the error-prone NHEJ repair pathway in DNA structure-induced genetic instability, E.coli cells were modified to express genes to allow for a functional NHEJ system under different HR backgrounds. The Mycobacterium tuberculosis NHEJ sufficient system is composed of Ku and Ligase D (LigD) (3). These inducible NHEJ components were expressed individually and together in E.coli cells, with or without functional HR (RecA/RecB), and the Z-DNA and H-DNA-induced mutations were characterized. The Z-DNA structure gave rise to higher mutation frequencies compared to the controls, regardless of the DSB repair pathway(s) available; however, the type of mutants produced after repair was greatly dictated on the available DSB repair system, indicated by the shift from 2% large-scale deletions in the total mutant population to 24% large-scale deletions when NHEJ was present (4). This suggests that NHEJ has a role in the large deletions induced by Z-DNA-forming sequences. H-DNA structure, however, did not exhibit an increase in mutagenesis in the newly engineered E.coli environment, suggesting the involvement of other factors in regulating H-DNA formation/stability in bacterial cells. Accurate repair by established DNA DSB repair pathways is essential to maintain the stability of eukaryotic and prokaryotic genomes and our results suggest that an error-prone NHEJ pathway was involved in non-B DNA structure-induced mutagenesis in both prokaryotes and eukaryotes.

Tyrosine kinase inhibitor-induced CD70 expression mediates drug resistance in leukemia stem cells by activating Wnt signaling.

In chronic myelogenous leukemia (CML), oncogenic BCR-ABL1 activates the Wnt pathway, which is fundamental for leukemia stem cell (LSC) maintenance. Tyrosine kinase inhibitor (TKI) treatment reduces Wnt signaling in LSCs and often results in molecular remission of CML; however, LSCs persist long term despite BCR-ABL1 inhibition, ultimately causing disease relapse. We demonstrate that TKIs induce the expression of the tumor necrosis factor (TNF) family ligand CD70 in LSCs by down-regulating microRNA-29, resulting in reduced CD70 promoter DNA methylation and up-regulation of the transcription factor specificity protein 1. The resulting increase in CD70 triggered CD27 signaling and compensatory Wnt pathway activation. Combining TKIs with CD70 blockade effectively eliminated human CD34(+) CML stem/progenitor cells in xenografts and LSCs in a murine CML model. Therefore, targeting TKI-induced expression of CD70 and compensatory Wnt signaling resulting from the CD70/CD27 interaction is a promising approach to overcoming treatment resistance in CML LSCs.